thiết kế móng khung trục 6

báo cáo thiết kế móng khung trục 6

V THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 6

V.1 TÍNH MÓNG 6-E: (M1)

Tải trọng tác dụng xuống móng 6-E :

Tải Cột Nmax(T) Mtư(T.m) Qtư(T) Tính toán 6-E -225.36 16.19 5.48 Tiêu chuẩn 6-E -187.8 13.49 4.57

V.1.1 Xác định sơ bộ kích thước đài cọc

- Khoảng cách giữa các cọc là d + 1(m) = 0.8+1= 1.8 m

- Ứng suất trung bình dưới đế đài :

2

2 ( 1 8 )

06 159 )

1 (

+

=

d

P c

- Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: γtb = 2 T/m3

- Diện tích đài cọc đuợc xác định sơ bộ như sau:

×

−

=

− 49 09 2 1 5

36 225

γ

N

tb

- Kích thước móng được chọn là : 2.5 x 2.5m (Fđ = 6.25 m2)

- Trọng lượng đài và đất phủ lên đài được xác định như sau :

Qđ = n Fđ γtb hm = 1.1× 6.25×2× 2 = 27.5 T

V.1.2 Xác định số lượng cọc

n=μ∑ =1 4×225159.36.+0627.5

c

P

N

= 2.9

- Chọn n = 4 cọc (vì móng lệch tâm khá kớn)

- Kích thước móng được chọn là : 3.4 x 3.4 m (Fđ = 11.56 m2)

- Trọng lượng đài và đất phủ lên đài được xác định như sau :

Qđ = n Fđ γtb hm = 1.1× 11.56×2× 2 = 50.86T

- Bố trí cọc như hình vẽ

V.1.3 Cấu tạo và tính toán đài cọc

- Chọn chiều dài cọc ngàm vào đài : h1= 15 cm

- Chiều cao tối thiểu của đài : hđ = ac + h1 + h2 = 50 + 15 + 35 = 100 cm

Với chiều cao đài giả định là hđ =1m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi hình tháp chọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng (Xem hình vẽ)

- Lực dọc tính toán xác định :

∑Ntt = 225.36+50.86 = 276.22 T

y

N tt

M tt

Q tt

±0.000

-2.000

I

x

6

500

3600

800

3400

I E

- Tải tác dụng lên cọc :

Pm =

c

tt

n N

2 max

i

tt

x

x M

∑

×

∑

∑Mtt = Mtt + Qtt × 2 = 16.19+5.48× 2 = 27.15 Tm

xmax =0.9 m

∑xi2 =4×0.92= 3.24 m2

⇒ Pm = 2764.22 ± 27.153.24×0.9 =69.06 ± 6.8

pmax = 75.86 (T)

pmin = 62.26 (T)

+

- Nhận xét : pmax≤ Pc =159.6 T, pmin > 0

Và Pmin > 0 nên không cần kiểm tra chống nhổ

V.1.4 Kiểm tra ổn định của nền nằm dưới móng khối quy ước và kiểm tra lún

- Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của khối móng quy ước, trong đó:

∑

∑

=

=

×

i i

n i

i IIi tb

h h

1

1

ϕ ϕ

Trong đó :

hi : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua

ϕIIi : góc ma sát trong của lớp đất thứ i

- Ta có :

Lớp 1 : ϕ = 13010’ ; h = 6 m

Lớp 2 : ϕ = 11053’ ; h = 6 m

Lớp 3 : ϕ = 11032’ ; h = 6.5 m

Lớp 4 : ϕ = 29010’ ; h = 2 m

8 5 6 6 6

' 10 29 8 ' 32 11 5 6 ' 53 11 6 ' 10 13

+ + +

× +

× +

× +

×

=

tb tc

=

=

=

4

' 19 17 4

0

tb tc

ϕ

α 4020’ tgα = tg40 20’ = 0.076

- Chiều dài của đáy móng khối quy ước :

Lm= a1 + 2.L.tg

4

tb

ϕ

Lm = 2.6+ 2×25× 0.076 = 6.4 m

- Chiều rộng của đáy móng khối quy ước :

Bm= b1 + 2.L.tg

4

tb tc

ϕ

Bm = 2.6+ 2×25× 0.076 = 6.4 m

Trong đó a1 và b1 là khoảng cách giữa các mép ngoài của cọc biên theo chiều dài và chiều rộng của đài cọc

-Diện tích đáy móng khối quy ước:

Fm = 6.4 × 6.4 = 40.96 m2

- Xác định trọng lượng móng khối quy ước :

Trọng lượng đất, bêtông từ đáy đài trở lên: 2× 40.96× 2= 163.84 T

Trọng lượng đất từ đáy đài trở xuống đến mực nước ngầm: Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên là 3 m

1×40.96×1.92 = 78.64 T

Trọng lượng đất từ mực nước ngầm trở xuống đến đáy khối móng qui ước: (3.5×0.92+6×0.792+6.5×0.81+8×0.932)×40.96 = 847.59T

Trọng lượng các cọc là: 1.1× 25× π×40.82 × 4× 2.5= 138.24 T

Vậy: Qmqư = 163.84+78.64+847.59+138.24= 1228.31 T

1 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước

Cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc:

Công thức : Rm =

tc K

m

m1. 2

(A.Bm.γII +B.Hm.γ’

II +3.D.CII)

Ktc= 1 (hệ số độ tin cậy, tiến hành khoan khảo sát ở hiện trường)

m1, m2 :hệ số điều kiện làm việc của đất nền và dạng kết cấu công trình tác động qua lại với nền đất)

m1= 1.2 (đất cát vừa và mịn)

m2=1.27 (đất cát vừa và mịn, L/H<1.87)

hm = 27m

cII = 0.029 T/m2

γII : Dung trọng đất bên dưới mũi cọc, lấy với γđn= 0.932 T/m3

γ’

II : Dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối qui ước trở lên

γ’

II =2×2+1.92×1+0.92×3.5+027.792×6+0.81×6.5+0.932×8

= 0.987 (T/m3)

Với ϕII = 29.10o Tra bảng (nội suy),ta được:A = 1.07, B = 5.28, D = 7.85

Rm = 1.2 1.27

1

×

× (1.07×4.6×0.932 + 5.28×27×0.987 + 3×7.85× 0.029) = 222.5 T/m2

3°

6400

-2.000

±0.000

-27.000

- Ứng suất trung bình thực tế dưới đáy móng khối quy ước :

σtbtc =

m m tc

F

Q

= 187.840+.122896 .31= 34.57 (T/m2)

Ta có : σtb < Rm , đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu lực

- Ứng suất cực đại và cực tiểu dưới đáy móng khối qui ước:

σtc

max,min =

m m tc

F

Q

6

m m

tc

L B

M

×

×

= 187.840+.122896 .31± 6 4 6 4 2

6 49 13

×

×

= 34.57 ± 0.31 T/m2

σtc max = 34.88 T/m2 < 1.2Rm = 267 T/m2

σtc min = 34.26 T/m2 > 0 Vậy đất nền dưới đáy khối móng qui ước ổn định

2 Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún

- Theo quy phạm Việt Nam, độ lún của móng cọc được tính cho lớp đất dưới mũi cọc ( tức là dưới đáy móng khối quy ước )

- Theo TCXD 45 -78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có: σzgl < 0.2×σbt

- Dùng phương pháp cộng lún từng lớp :

∑

tb i o

E

s = β × σ ×

* Tính lún dưới đáy móng khối qui ước : Lm = 6.4 m , Bm = 6.4 m

- Aùp lực bản thân tại mũi cọc :

σbt = ∑(γi.hi) =1 92 × 1 + 0 92 × 3 5 + 0 792 × 6 + 0 81 × 6 5 + 0 932 × 8= 22.61 (T/m2)

- Aùp lực gây lún tại tâm diện tích đáy móng khối qui ước :

po = σtbtc - σbt = 34.57– 22.61 = 11.96 T/m2

- Tại giữa mỗi lớp đất, ta xác định các trị số :

+ σbt = ∑(γi.hi) : Aùp lực bản thân

+ σzgl = ko.po : Aùp lực gây lún

+ σztb = (σzigl + σzi+1gl)/2

Trị số ko tra bảng ứng với 2z/B và tỷ số : 1

4 6

4

6 =

=

B L

(z tính từ đáy móng khối qui ước)

- Chia nền đất dưới mũi cọc thành các lớp có chiều dày :

hi≤ L4m

= 1 6 4

4

6 = , lấy hi = 2 m

- Chia nền thành các lớp dày 2 m , lập bảng tính như sau :

Độsâu

2z/B k0

z (m) (T/m2) (T/m2) (T/m2)

Tại độ sâu z = 6 m dưới đáy móng khối qui ước có:

σzgl

=5.39 (T/m2) < 0.2×σbt = 0.2×28.2= 5.64 (T/m2)

* Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp:

-Modul biến dạng của lớp đất 4 được thống kê trong xử lý địa chất:

E = 2013 T/m2

β = 0.8

- Độ lún được tính bởi công thức:

S=

0

tb

i h i E

β ∑σ × = ( 23 54 25 41 27 27 ) 2 0 061m

2013

8

Như vậy: S = 6.1 cm < [Sgh ]= 8 cm (Thoả yêu cầu biến dạng)

M tt

Q tt

N tt

±0.000

-2.000

Ư Ùng

s ua

át g ây

lu ùn

6

12 10 8

4 2

2820 3007

2634 2447

Ư Ùng

s ua

át b ản

th ân

3379 3193

2261

0

-27.000 1196 1068 793 539 370 264 195

V.1.5 Tính đài cọc và bố trí thép cho đài

1 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng

- Kiểm tra theo điều kiện chọc thủng : Pxt≤ 0.75Rkuxtho

Khi vẽ tháp chọc thủng thì các cọc đều nằm trong tháp, do đó không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng

2 Tính cốt thép

- Tải trọng tác dụng lên mỗi cọc trong móng :

Pm =

c

tt

n N

2

i i tt x

x M

∑

×

∑

⇒ Pm = 2254.36 ± 27.153.24×0.9 =56.34 ± 1.89

- Xem đài cọc làm việc như công-xôn ngàm vào cột tại mép cột

- Mômen uốn tương ứng do lực P = ∑Pm gây ra tại mặt ngàm I-I và II-II xác định theo công thức:

MI = ∑Pi× Li1

MII = ∑Pi× Li2

Trong đó: Li1= xi

-2

c h

= xi -02.5 ; Li2= yi

-2

c b

= yi -0.225 Bảng kết quả tính toán:

Pi(T) xi(m) Li1(m) MI(T.m) Pi(T) yi(m) Li2(m) MII(T.m)

58.23 0.9 0.65 75.70 54.45 0.9 0.775 84.40

-Cốt thép theo phương X, chịu MI :

FaI =

0

9

M a

I

, h0 =100-15=85cm

aI

F = 0.975×.36007×10×585= 27.49 cm2

Chọn 20φ14 (Fa =30.78 cm2 ) Bố trí

-Cốt thép theo phương Y, chịu MII :

FaII =

0

9

M a

II

, h0 =100-15=85cm

aI

F =

85 3600 9

0

10 4

84 5

×

×

× = 30.65 cm2

Chọn 20φ14 (Fa =30.78 cm2 ) Bố trí

V.1.6 Tính toán cọc chịu tác dụng của tải ngang

- Giả sử đầu cọc được ngàm vào đài do đó đầu cọc chỉ chuyển vị ngang, không có chuyển vị xoay

- Mômen quán tính tiết diện ngang của cọc:

64

1

D

π = 3 14 0 8 4

64

1

×

- Độ cứng tiết diện ngang của cọc :

Eb.I = 290× 104× 0.0201 =58278 Tm2

- Chiều rộng quy ước bc :

Theo TCXD 205-1998 :

+ d ≥ 0.8 m ⇒ bc = d+1 = 0.8+1 = 1.8 m

+ d < 0.8 m ⇒ bc = 1.5d+0.5

- Hệ số tỷ lệ k trong công thức: Cz = k.z

- Chiều dài ảnh hưởng: lah =2(d+1)=2x(0.8+1) = 3.6 m

- Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất thứ 1 là lớp đất sét lẫn bột, trạng thái dẻo cứng, tra bảng ta được hệ số tỷ lệ là: k = 598 T/m4

- Hệ số biến dạng :

αbd = 5

I E

b k b

c

×

×

= 5 58278

8 1

598 × = 0.45 m-1

- Chiều dài tính đổi của phần cọc trong đất :

Le = αbd.L = 0.45× 25= 11.25

ah =3.6

1đv

8m Cát mịn lẫn bột trạng thái chặt vừa

4

3

Á sét màu xám xanh trạng thái dẻo mềm

2

Đất sét pha cát

Đất sét lẫn bột trạng thái dẻo cứng

1

Hf

Mf

z

- Các chuyển vị δHH, δHM, δMH, δMM của cọc ở cao trình đáy đài do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình đáy đài

δHH : chuyển vị ngang của tiết diện (m/T) bởi Ho = 1(T)

δHM : chuyển vị ngang của tiết diện (1/T) bởi Mo = 1(Tm)

δMH : góc xoay của tiết diện (1/T) bởi Ho = 1(T)

δMM : góc xoay của tiết diện (1/Tm) bởi Mo = 1(Tm)

Le = 11.25 m > 4m, cọc tựa lên đất ⇒ Ao = 2.441;Bo = 1.621;Co = 1.751

- Công thức tính :

b bd

A I

×

× 3

1

α = 0.453 ×158278 × 2.441 = 4.6×10-4 (m/T)

b bd

B I

×

× 2

1

α = 0.452 ×158278× 1.621 = 1.37×10-4 (1/T)

b bd

C I

×

× α

1

= 0.45×158278× 1.751 = 0.67×10-4 (1/Tm)

- Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài:

Qtt= 5.48 T (đối với 4 cọc)⇒ Hf =5.48/4= 1.37 T

- Vì đầu cọc bị ngàm cứng vào đài dưới tác dụng của lực ngang, trên đầu cọc có xuất hiện momen gọi là momen ngàm:

b MM

b MM MH

H I

E L

I E

L L

0

2 0 0

2

+

+

+

−

δ

δ

δ

10 67 0

37 1 10 37 1

4

4

−

=

×

×

×

- Chuyển vị ngang yo(m) tại cao trình đáy đài:

+ yo = Hf.δHH + Mf.δHM

= 1.37×4.6×10-4 – 2.8×1.37×10-4= 0.00025 m

yo< [Sgh] = 1cm

- Mômen uốn Mz(Tm) trong các tiết diện của cọc :

Mz = αbd2EbIyoA3 - αbdEbIψoB3 + MfC3 +

bd f

H

α D3

Với : Chiều sâu tính đổi ze = αbd.z

Mô men uốn M z dọc thân cọc:

0.889 0.4 -0.011 -0.002 1.000 0.400 -1.615

1.333 0.6 -0.036 -0.011 0.998 0.600 -1.074

2.222 1.0 -0.167 -0.083 0.975 0.994 -0.197

3.333 1.5 -0.559 -0.420 0.881 1.437 0.259

4.444 2.0 -1.295 -1.314 0.207 1.646 0.611

5.333 2.4 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 0.434

6.222 2.8 -3.103 -4.718 -3.408 0.197 0.987

7.778 3.5 -3.919 -9.544 -10.340 -5.854 -0.432

8.889 4.0 -1.614 -11.731 -17.919 -15.076 -0.487

- Môment uốn lớn nhất trong cọc: Mmax =-2.8 Tm

- Từ Mmax =-2.8 Tm ( Tra bảng III.23 – Sổ tay tính toán nền móng của Nga ) ta tìm được hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi : µ = 0 4 %

- Diện tích cốt thép trong cọc khoan nhồi:

Fa = ×F c

100

4 0

= 0 502 100

4

0 × =20.1 cm²

Ta sử dụng thép AII có Ra = 2800 kG/cm2 , Rađ =2200 kG/cm2để bố trí cho cọc nhồi

Chọn 12Þ16 có Fa = 24.12 cm² >20.1cm²

* Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang

- Điều kiện không phá hỏng cọc khi chịu áp lực ngang:

σz<= σgh

σz: Aùp lực tính toán tại độ sâu Z

σz =

bd

K

α ze(yo.A1 -

bd

α

ψ0

B1 + M E I

b bd

f

2

α C1 + H E I

b bd

f

3

α D1)

Vì Le = 11.25 m >3.6 m Ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí:

Z=0.85/αbd=0.85/0.45 =1.89 m

Ze=αbd*z=0.45*1.89=0.85 m Các giá trị A1, B1, C1, D1 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998

Với Ze = 0.85 m, tra bảng ta được như sau:

A1= 0.996; B1= 0.849; C1= 0.363; D1= 0.103

σz =0598.45x 0.85x (0.00025x0.996-0+0.452 ×2.582788

− x0.363+0.4531.×3758278x 0.103)

=0.21 T/m2

σgh: Aùp lực giới hạn tại độï sâu Z=1.89 m

Trong đó:

η1=1

η2: Hệ số, kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính

theo công thức:

Mdh: Momen tải trọng thường xuyên; Mdh=11.27 Tm M: Momen tải trọng tạm thời; M =4.9 Tm

Với cọc BTCT: ζ= 0.3

Đầu cọc nằm trong lớp đất thứ 4 nên ta có các tính chất cơ lý sau:

γΙ= 1.87 T/m3

cΙ= 0.025 T/m2

ϕΙ= 28.030

=> σz=0.21 T/m2 < σgh=7.1 T/m2

Vậy: Nền đất quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang

V.1.7 Kiểm tra sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

Qvl = ϕ ( m1m2Rb Fb + Ra Fa )

Trong đó:

Qvl : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

ϕ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, cọc không xuyên qua bùn, than bùn Với L tt b =250.8=31.25, tra bảng ta được ϕ = 0.725

m1 : hệ số điều kiện làm việc khi đổ bêtông qua ống chuyển dịch thẳng đứng

m1 =0.85

m2 : hệ số đổ bêtông trong bentonite, m1 =0.70

)

*

*

* (

* cos

4

*

* 2 1

I

c tg

γ ϕ η

η

M M

M M dh

dh

+

+

=

* 5 2

2 η

2 0

0

gh ( 1 87 1 89 ( 28 03 ) 0 3 0 025 ) 7 1 /

) 03 28 cos(

4 50

0

=

⇒ σ

50 0 9 4 27 11 5 2

9 4 27 11

+

×

+

= η

Fb = 5027 cm2 : Diện tích tiết diện ngang của cọc

Ra =2800 kG/cm2

Fa = 24.12 cm2 :Diện tích tiết diện ngang của cốt thép (12Þ16)

Qvl = 0.75× (0.85×0.7×130×5027 + 24.12×2800 ) = 342.3 T

Vậy: Qvl = 342.3> 1.4Qa=1.4×159.06=222.7 T ⇒ Cọc ép không bị vỡ.